專利名稱：一種錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種礦山和隧道的錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
錨桿被廣泛應(yīng)用于礦山、隧道圍巖加固和支護(hù)中，以煤礦為例，我國(guó)煤礦巷道錨桿用量至少在5000萬根以上，錨桿(錨索)的預(yù)緊力對(duì)于保證錨桿(索)支護(hù)效果至關(guān)重要，但如何準(zhǔn)確、全面地檢測(cè)錨桿預(yù)緊力是否滿足設(shè)計(jì)要求，目前仍然是一個(gè)難題。事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)在的錨桿支護(hù)巷道的錨桿、錨索，由于施工素質(zhì)和施工設(shè)備的影響，同一巷道的錨桿預(yù)緊力存在極大的差異，一部分錨桿預(yù)緊力達(dá)不到要求將引起圍巖離層、碎裂，最終引發(fā)垮巷、冒頂?shù)仁鹿实陌l(fā)生。因此，進(jìn)行施工后錨桿、錨索的預(yù)緊力無損檢測(cè)，及時(shí)掌握施工后的錨桿、錨索的預(yù)緊力情況，對(duì)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的錨桿、錨索補(bǔ)加載，對(duì)于煤礦安全意義明顯。目前對(duì)錨桿預(yù)緊力檢測(cè)主要是利用扭矩扳手來測(cè)定錨桿的預(yù)緊力，這種檢測(cè)手段由于受錨桿托板與煤巖壁間、錨桿鎖緊螺母與托板間的摩擦效應(yīng)影響而使檢測(cè)的準(zhǔn)確性不高；而且，由于目前錨桿類別較多，其外端螺紋的螺距也截然不同，螺距不同的錨桿施加同樣的預(yù)緊力所需的扭矩也截然不同。綜上所述，采用扭矩扳手測(cè)定錨桿預(yù)緊力的準(zhǔn)確性不高，只能相對(duì)評(píng)價(jià)一批錨桿預(yù)緊力的大小，不能真實(shí)檢測(cè)錨桿的預(yù)緊力。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種直接用于施工后的錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力測(cè)裝置，由錨桿連接桿、加速度傳感器、承壓筒、連接桿緊固螺母、扭矩扳手、激振撞桿、信號(hào)傳輸線、信號(hào)采集分析儀組成，其中所述錨桿連接桿螺紋固接在錨桿的外露端，加速度傳感器固接在錨桿連接桿上，錨桿連接桿上套裝承壓筒。本實(shí)用新型在預(yù)緊力的檢測(cè)過程中，對(duì)施工后的錨桿無損壞，無拆卸，且檢測(cè)方便、快捷，檢測(cè)精度高；信號(hào)采集儀能夠直接繪制“預(yù)緊力-橫向振動(dòng)基頻”曲線，錨桿預(yù)緊力判讀直觀、可靠。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)不能在井下直觀讀取錨桿預(yù)緊力的缺陷。本實(shí)用新型基于“一端固支、一端簡(jiǎn)支”的經(jīng)典梁模型，采取在錨桿外露端加接連接桿和承壓筒，當(dāng)承壓筒受力達(dá)到錨桿預(yù)緊力時(shí)，錨桿托板與圍巖壁分離，此時(shí)梁長(zhǎng)由“錨桿外露端長(zhǎng)度+連接桿長(zhǎng)度”突變?yōu)椤板^桿長(zhǎng)度L1+錨桿連接桿長(zhǎng)度L2-錨固長(zhǎng)度I ”，而“一端固支、一端簡(jiǎn)支”的經(jīng)典梁橫向振動(dòng)理論表明:梁長(zhǎng)變化必然引起橫向振動(dòng)基頻的顯著變化，故采用在錨桿外露端加接的連接桿上固定位置橫向激振的方法，使錨桿外露端梁產(chǎn)生彎曲應(yīng)力波，并用加速度傳感器直接采集系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)，直接提取錨桿系統(tǒng)振動(dòng)基頻，根據(jù)錨桿系統(tǒng)振動(dòng)基頻的突變來確定錨桿預(yù)緊力，消除了因測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差帶來的錨桿預(yù)緊力檢測(cè)不準(zhǔn)確性。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。參見圖1，本實(shí)用新型由錨桿連接桿7、加速度傳感器9，承壓筒11、連接桿緊固螺母8、扭矩扳手14、激振撞桿10、信號(hào)傳輸線12、信號(hào)采集分析儀13組成，其中所述錨桿連接桿7固接在錨桿3的外露端，加速度傳感器9固接在錨桿連接桿7上，錨桿連接桿7上套裝承壓筒11。利用錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置檢測(cè)錨桿預(yù)警力的過程如下:I)連接檢測(cè)裝置:首先將錨桿3經(jīng)錨固體2固定在圍巖I上的錨桿孔4內(nèi)，錨桿3外露端設(shè)有托板5，托板5經(jīng)鎖緊螺母6固定在圍巖I上；將錨桿3在圍巖I內(nèi)安裝好后，將錨桿連接桿7套接在錨桿3外露端上，再在錨桿連接桿7固接加速度傳感器9，隨后將承壓筒11套裝在錨桿連接桿7上，并將緊固螺母8在錨桿連接桿7外螺紋上擰緊，使其與圍巖壁緊壓，從而使錨桿3外露端產(chǎn)生一定的軸向張拉,最后用信號(hào)傳輸線12將加速度傳感器9和信號(hào)采集分析儀13連通，開啟信號(hào)采集分析儀。2)信號(hào)采集:首先預(yù)估錨桿的預(yù)緊力矩值M1，將預(yù)緊力矩值M1乘以1.2再8等分；然后從小到大以每一個(gè)等分值為力矩對(duì)錨桿連接桿7上的緊固螺母8施加力矩，每一次施加力矩后測(cè)試錨桿系統(tǒng)的橫向振動(dòng)頻率；錨桿3外露端加力后采用激振撞桿10側(cè)向單擊錨桿連接桿7，加速度傳感器9采集到橫向振動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)傳輸線12傳輸?shù)叫盘?hào)采集分析儀13存儲(chǔ)，在信號(hào)采集儀上分析該單次信號(hào)，并提取信號(hào)基頻，然后重復(fù)采集一次，若信號(hào)及基頻較一致，則兩次的基頻平均值為該力矩作用下的振動(dòng)頻率值。3)預(yù)緊力確定。以上述的力矩值為橫坐標(biāo)，每一次施加力矩后測(cè)得的橫向振動(dòng)基頻為縱坐標(biāo)繪制曲線，曲線發(fā)生畸變的前一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為錨桿預(yù)緊力對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力矩；然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的力矩與預(yù)緊力的關(guān)系曲線查圖得到錨桿預(yù)緊力檢測(cè)值，因?yàn)槌袎和矙M端面、錨桿連接桿外螺紋和緊固螺母都是一樣的，其因施加扭矩在錨桿外露端產(chǎn)生的軸向張力與力矩的關(guān)系曲線可以準(zhǔn)確標(biāo)定。利用錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置對(duì)錨固長(zhǎng)度的測(cè)定步驟如下:步驟1)，2)同上；3)錨固長(zhǎng)度的測(cè)定:于“力矩-橫向振動(dòng)基頻”曲線上發(fā)生畸變后的點(diǎn)，這些曲線點(diǎn)橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力大于錨桿施工時(shí)的預(yù)緊力，則錨桿托板與圍巖壁分離，即錨桿橫向振動(dòng)基頻對(duì)應(yīng)的梁長(zhǎng)L為錨桿長(zhǎng)度L1+錨桿連接桿長(zhǎng)度L2-錨固長(zhǎng)度I ;根據(jù)力學(xué)中的梁振動(dòng)理論，可得到“一端固支、一端簡(jiǎn)支”的橫向振動(dòng)梁長(zhǎng)L與梁軸向力N、振動(dòng)基頻f的關(guān)系式 L=F (f，N)，則錨固長(zhǎng)度 I=F (f，N)-L1-L20利用錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置對(duì)錨桿工作載荷的監(jiān)測(cè)步驟如下:步驟1)，2)同上；3)錨桿工作載荷的監(jiān)測(cè):擰緊該裝置的緊固螺母8，使錨桿托板5與圍巖壁分離；當(dāng)圍巖I壓力增大時(shí)，錨桿工作載荷相應(yīng)增大，此時(shí)采用激振撞桿10側(cè)向單擊錨桿連接桿7，加速度傳感器9采集到橫向振動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)傳輸線12傳輸?shù)叫盘?hào)采集分析儀13存儲(chǔ)，在信號(hào)采集儀13上分析該單次信號(hào)，并提取信號(hào)基頻，然后重復(fù)采集一次，若信號(hào)及基頻較一致，則兩次的基頻平均值為該次檢測(cè)的振動(dòng)頻率值，然后利用“一端固支、一端簡(jiǎn)支”梁的軸向力N與梁的橫向振動(dòng)基頻f、梁長(zhǎng)L的關(guān)系式N=G (L，f)得到錨桿工作載荷，若定時(shí)檢測(cè)則可實(shí)現(xiàn)錨桿工作載荷的監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求1.一種錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置，其特征在于，所述錨桿檢測(cè)裝置由錨桿連接桿(7)、加速度傳感器(9)，承壓筒(11)、連接桿緊固螺母(8)、扭矩扳手(14)、激振撞桿(10)、信號(hào)傳輸線(12)、信號(hào)采集分析儀(13)組成，其中所述錨桿連接桿(7)固接在錨桿(3)的外露端，加速度傳感器(9)固接在錨桿連接桿(7)上，錨桿連接桿(7)上套裝承壓筒(11)。
2.如權(quán)利要求1所述的錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置，其特征在于，錨桿(3)與錨桿連接桿(7)采用螺紋連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置。所述錨桿預(yù)緊力無損動(dòng)力檢測(cè)裝置由錨桿連接桿(7)、加速度傳感器(9)，承壓筒(11)、連接桿緊固螺母(8)、扭矩扳手(14)、激振撞桿(10)、信號(hào)傳輸線(12)、信號(hào)采集分析儀(13)組成，其中錨桿連接桿(7)固接在錨桿(3)的外露端，加速度傳感器(9)固接在錨桿連接桿(7)上，錨桿連接桿(7)上套裝承壓筒(11)。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有問題中采用扭矩扳手測(cè)定錨桿預(yù)緊力的準(zhǔn)確性不高，只能相對(duì)評(píng)價(jià)一批錨桿預(yù)緊力的大小，不能真實(shí)檢測(cè)錨桿的預(yù)緊力的問題。
文檔編號(hào)G01L5/24GK203067004SQ201320059638
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李青鋒, 朱川曲 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)